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DC/DC電源模塊在醫(yī)用傳感器電路中的應(yīng)用

發(fā)布時間:2011-12-28

中心議題:

  • 心電檢測電路的應(yīng)用
  • 隔離型DC/DC電源模塊的選用
  • 使用DC/DC電源模塊應(yīng)注意的問題


本文主要介紹了DC/DC模塊電源在醫(yī)療電子行業(yè)中,特別是傳感器檢測電路中的特點(diǎn)、應(yīng)用及選用的DC/DC模塊電源應(yīng)注意的事項(xiàng),目前市場上DC/DC模塊電源很多,但是由于醫(yī)療電子屬于特殊行業(yè),對其電源的要求非常高,為保證人體及設(shè)備的安全性能,選擇的DC/DC模塊電源尤為重要。

一、引言 

目前,隨著現(xiàn)代醫(yī)療器械的不斷發(fā)展,特別是直接與人體相連接的電子儀器,除了對儀器本身性能的要求越來越高之外,對人體安全方面的考慮也越來越倍受關(guān)注,例如生命監(jiān)護(hù)儀、母嬰監(jiān)護(hù)儀、嬰兒保溫儀等等一些與人體緊密接觸的儀器,也就是說病人在使用儀器時不能因?yàn)槭褂玫膬x器而對人體造成有觸電或其他方面的危險。 

二、心電檢測電路的應(yīng)用 

以下以普通型的心電檢測電路為例做一簡單介紹,如圖1: 


圖1:普通型心電檢測電路。 

圖1是INA115在心電檢測電路中的實(shí)用電路。放大器的正負(fù)輸入通過心電傳感器分別接到人體的左臂(LA)與右臂(RA)上,與運(yùn)放N和電阻R1~R4組成的驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)接到人體的右腿(RL)上,構(gòu)成“浮地”。由于生物信號很弱,加之有極化電位,所以該級的放大倍數(shù)不宜太高,一般取在10~100之間,并且只能作為前置放大用,為了檢測安全,后級一般應(yīng)再采用隔離放大電路進(jìn)行隔離,且該級的電源電壓最好應(yīng)采用隔離電源模塊進(jìn)行提供,以達(dá)到電源及信號的完全隔離。如圖2所示, 


圖2:隔離型心電檢測前置放大電路。 

以上電路是由漢為公司的T6235D與INA 115等組成的隔離型心電檢測前置放大電路,該電路由于其具有輸入阻抗高、漏電流小、檢測精度高和滿足人體安全等指標(biāo)完全可以達(dá)到醫(yī)療器械使用的要求標(biāo)準(zhǔn)。該電路一般作為前置放大電路,器件直接與人體接觸,并拾取心電信號后通過INA115進(jìn)行放大,最后由ISO122隔離傳輸?shù)胶笾梅糯箅娐?,?shí)現(xiàn)人體信號與輸出及電源的隔離放大。 

放大器的工作電源應(yīng)用選擇有足夠的安全爬電距離,較高的隔離電壓特性以及極低的隔離電容值,使到系統(tǒng)的安全性能得到較好的保障,此處推薦采用金升陽公司6000VDC隔離G系列(定壓輸入,隔離6000VDC正負(fù)電壓輸出)或H系列產(chǎn)品(定壓輸入,隔離6000VDC單路電壓輸出),該系列產(chǎn)品由于其極高的隔離電壓特性(6000VDC)且其具有極低的隔離電容值(≤10pF)被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療電子器械行業(yè)中。采用G1515S-1W使得INA115與人體相接觸的地線與輸入電源線真正意義上斷開了,達(dá)到完全隔離的效果,即電源與信號的完全隔離。 
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三、隔離型DC/DC電源模塊的選用


圖3:方案。 

說明:以上方案是以隔離放大器的工作電壓為±15V的條件下作出的,如其工作電壓為±5V、±12或其他電壓只要選擇相應(yīng)輸出電壓的產(chǎn)品即可。 

四、使用DC/DC電源模塊應(yīng)注意的問題

使用DC/DC電源模塊的過程中應(yīng)注意以下幾個問題: 

1、 DC/DC電源模塊的外接電容C2、C3采用低內(nèi)阻的鉭電容,容值推薦0.47uF,應(yīng)避免容值過大,以防止由于電容過大造成啟動瞬間過流而損壞模塊;

2、 為保證模塊長期工作的可靠性應(yīng)使到模塊工作在10%額定功率以上,以防止模塊由于空載或輕載導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)而影響電路工作,如果負(fù)載功耗確實(shí)較小,可以采和外接假負(fù)載的方式在輸出端的+Vo與0V及-Vo與0V之間并上一10%額定功率的假負(fù)載(電阻),以提高產(chǎn)品的可靠性。

3、 由于DC/DC電源模塊是采用開關(guān)振蕩電路來實(shí)現(xiàn)的,其自身也會產(chǎn)生共模、差模噪聲的干擾,對于對紋波噪聲要求較高的場合可在DC/DC電源模塊的輸出端外接無源LC濾波網(wǎng)絡(luò)或RC(損耗較大),以進(jìn)一步降低電源紋波噪聲,但是要注意L自身諧振頻率要遠(yuǎn)高于模塊的開關(guān)頻率,允許通過的電流值最好在模塊輸入電流的兩倍以上,內(nèi)阻要小,以降低直流損耗。具體可參考下圖: 

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